3D 프린터로 집 짓기 : 머잖아 주택 건축의 대세 된다

3D프린팅은 이미 많이 보편화 돼서, 독자님들도 익히 들어보거나 직접 사용해 보신 적도 있을 겁니다. 말 그대로 3차원 입체로 된 물체를 프린터로 찍어내는 기술인데요. 우리가 흔히 쓰는 프린터와 같은 개념이긴 하지만, 종이나 평면에 인쇄하는 것이 아니라, 입체 모형을 인쇄해 내는 기술이어서 3D 프린팅이라고 부릅니다. 기존 프린터가 문서나 그림파일 등 2차원 자료를 인쇄하지만, 3D 프린터는 3차원 모델링으로 그려진 이미지를 소스로 하여 인쇄합니다. 적게는 한두 시간에서 길게는 십여 시간이면 3D 프린터에 입력한 모형을 완성할 수 있습니다.

 

제4차 산업혁명을 이끌고 있는 중심 기술 가운데 하나인 3D 프린팅은, 지금 산업 현장 최첨단에서 가장 주목받는 기술이 되고 있습니다.

 

제조 공정에서 시제품을 제작할 때, 3D 프린팅을 활용하면 비교적 적은 비용으로 제품을 만들어 낼 수 있습니다. 뿐만 아니라 복잡한 형태를 가진 구조물이나 부품도 3D 프린터를 활용하면, 기존 장비보다 제작이 수월합니다. 단순 시제품 제작에 주로 활용됐던 3D 프린팅 솔루션은 이제 다양한 분야로 활용 범위를 넓혀나가고 있습니다.

 

금속 소재를 이용한 3D 프린팅

 

3D 프린팅 기술은 일반적인 플라스틱이나 파우더 분말 소재를 사용하는 것뿐만 아니라 알루미늄, 스테인리스, 티타늄, 인코넬 등 다양한 금속 혹은 합금 소재까지 활용 가능한 단계로 발전했습니다. 특히 금속 소재는 일반적인 소재보다 내구성이나 강도 측면에서 우수해 자동차, 항공우주 등 고부가가치 산업 위주로 적용되고 있습니다.

 

건축 분야에서도 예외없이 3D 프린팅이 새로운 미래를 그리며 튼튼하게 뿌리를 내리고 있습니다. 이미 많은 건축회사들이 앞다퉈 3D 프린터로 출력한 집과 건물을 선보이고 있습니다. 주택 건축에서 3D 프린팅의 사용은 2023년에 대폭 확대될 예정입니다. 집을 지을 때 벽을 3D 프린터로 인쇄하듯 쌓으면, 집 짓는 시간과 비용, 폐기물, 노동력을 모두 줄일 수 있습니다. 2027년이 되면 전통적인 방식으로 집을 짓는 것보다, 3D 프린터로 짓는 것이 더 보편화될 것으로 전망됩니다.

 

3D 프린터를 이용한 건축

 

2023년 올해에는, 주택 건설 산업에서, 3D 프린터를 사용한 건축이 단연 인기있는 드렌트로 자리잡을 전망입니다. 지난해에 이미 세계 곳곳에서 3D 프린터를 사용하여 지어진 집들이 모습을 드러냈는데요. 미국 텍사스 오스틴에 지어진 고급 주택에서부터, 집 전체가 통째로 3D 프린터로 지어진 덴마크의 100% 인쇄된 37㎡, 10평 남짓한 소형 콘크리트 주택에 이르기까지 다양합니다. 우리나라에서도 현대가(家) 3세인 정대선 사장이 설립한 HN이, 경기도 김포에 27㎡, 즉 8평 좀 넘는 규모의 일체형 원룸을 지어 관심을 받기도 했습니다.

 

2023년에는 3D 프린팅 건축이 더욱 활발해져, 몇몇 주요 건설 프로젝트가 완성될 예정입니다. 그리고 올해 말이 되면 사람들이 재활용 플라스틱을 원료로 3D 프린팅 된 집에서 살고, 학생들이 프린팅으로 지어진 학교에서 공부하며, 텍사스 목장 스타일의 100세대로 이루어진, 3D 프린팅 단독주택 단지에서 사는 사람들을 볼 수 있게 될 것입니다.

 

 

미국 텍사스의 3D 프린팅 전문 스타터업 기업인 아이콘(ICON)은 조지타운에 3D 프린터로 100세대 규모의 단독주택 단지를 조성할 계획입니다. 이는 전세계적으로 처음 시도되는 대규모 3D 프린팅 건축입니다. 이 회사의 설립자인 제이슨 발라드 사장은, “미래에는 로봇과 드론이 도시 전체를 건설할 것”이라고 믿는다며, “이 프로젝트가 세상에서 처음으로 로봇 건설이 규모 있게 시작된 것으로, 세계의 주택 문제 해결에 희망적인 전환을 이룬 프로젝트로 기억될 것”이라고 말했습니다.

 

미국 LA에 있는 스타트업 기업인 애저는, 세계 최초로 플라스틱을 재활용한 원료로 프린트하여 집을 지었습니다. 3D 프린팅 건축의 경우, 대부분 콘크리트를 출력재로 사용합니다. 그러나 애저는 환경 오염의 주범이 되고 있는 폐플라스틱을 원료로 삼았습니다. 애저의 로스 맥과이어 CEO는 “건축 부문은 세계에서 가장 큰 원료 소비 영역으로, 전 세계 탄소 배출량의 약 11%를 차지한다”며, 소비자와 미래 세대를 위한 우리의 책임은 상상할 수 있는 가장 지속가능한 것을 실천하는 것”이라고 강조합니다.

 

애저의 플라스틱 재활용 주택

 

애저는 캘리포니아 컬버 시티에 14,000㎡ 규모의 공장을 열었습니다. 이곳에서 재활용 플라스틱을 원료로 건물이 출력됩니다. 애저의 주력 상품은 조립식 소형 건물입니다. 재택 사무실, 작업실, 운동실 등으로 활용할 수 있는 ‘스튜디오’ 시리즈와, 원룸에서 투룸 형 별채 시리즈를 판매하고 있습니다. 애저에 따르면 3D 프린팅 기술 덕분에 기존 건축 방식보다 70% 더 빠르게, 30% 더 저렴하게 건물을 지을 수 있다고 합니다. 애저는 한 주택 개발 업체와 계약을 맺고 올해 3D 프린팅 조립식 주택 14채를 짓기로 했습니다.

 

주택 시장은 지난 몇 년간 코로나19, 인플레이션, 공급망 규제, 수요의 변동, 금리 상승 속에서 매우 유동적인 상황이었습니다. 물론 3D 프린터가 이 모든 문제를 해결할 수는 없습니다.

 

그러나 3D 프린팅 건설 스타트업인, 알퀴스트(Alquist)의 CEO인 잭 만하이머(Zack Manhimer)와 같은 건설기술 전문가들은, 3D 프린팅이 전통적인 주택 건설 과정의 단점을 많이 보완할 수 있을 것으로 확신합니다. 3D 프린터로 집을 지으면, 건축 시간, 비용, 폐기물, 노동력을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

 

아직은 기업들이 3D 프린팅이 갖는 잠재력을 충분히 발휘하지 못하고 있는 것은 사실입니다.

 

Icon 사의 Ballard 사장은 지난해 인사이더와의 인터뷰에서 “대부분의 스타트업은 적층방식으로 벽만 인쇄하고 있기 때문에 나머지 부분은 "전통적 방식"으로 건설될 것이라고 말했습니다.

 

만하이머 는 다른 인터뷰에서 "기존 건설 프로젝트는 6~7개월이 소요되지만, 프린터를 사용하면 5~6개월 안에 완성할 수 있다"고 말했습니다. 가격 면에서도 현재로서는 기존 방식으로 지어진 집들보다 약간 더 저렴할 뿐입니다. 그러나 이런 결과는 산업 초기의 문제일 뿐이라고 그는 말합니다. 더 많은 건설회사들이 3D 프린터를 사용하게 되면 건축 가격은 하락할 것이라는 것이죠. 그의 예측이 맞다면, 우리는 2025년쯤 모든 건설 현장에서 3D 프린터를 볼 수 있게 될 것입니다.

 

현재로서는 주택 건설 산업 전반에 걸친 3D 프린팅 건축 기술의 통합은 믿기 어려울 수도 있습니다. 하지만 2023년인 올해에는 전통적인 건축 방식에서 3D 프린팅 건축으로 빠르게 전환될 것입니다.

 

알퀴스트는 앞으로 5년 안에 버지니아 남서부에 200채의 콘크리트 집을 지을 계획입니다. 올해에는 여러 회사, 지역 단체 및 기관들과 협력하여 아이오와 시티에 3D 프린팅 주택 10채를 지을 계획입니다. 특히 무스카틴 커뮤니티 칼리지와의 협력은 특별한데요. 학생들은 대학을 통해 3D 프린팅 과정을 수강할 수 있고, 3D 집 짓는 작업에 직접 참여할 수도 있습니다. 무스카틴 칼리지의 드윈터 학장은 이 협업을 통해 학생들에게 실제 기술 경험을 제공함으로 필요한 기술을 가진 일꾼으로 길러내고, 지역사회에는 더 저렴한 주택을 공급할 수 있을 것이라고 말했습니다.

 

앞서 말씀드린 것처럼 우리나라에서도 3D 프린팅 건축이 태동하기 시작했습니다. HN이 지난해에 건축용 3D 프린팅 기술과 첨단 IT 기술을 융합해 국내 최초로 실제 거주할 수 있는 집을 지었습니다. 이 사업의 목표는 3D 프린터로 한 번에 일체형 주택을 출력해 기술의 상용화 가능성과, 재료비 절감, 시공 기간 단축, 노동력 및 폐기물 감소 등의 효과를 입증하는 것이었습니다. 그래서 정대선 사장은 이 사업을 '코너스톤 프로젝트'로 명명했습니다. 이 프로젝트로 건축용 3D 프린터의 대중화와 상용화 가능성을 입증했다고 합니다.

 

HN의 코너스톤 프로젝트로 지은 3D 프린팅 집

 

올해에는 이 3D 프린팅 건축이 주택 건축을 넘어 새로운 영역으로 확장될 예정입니다. 비영리 단체 ‘Thinking Huts’는 도움이 절실한 국가에 학교를 지어주기 위해 3D 프린터를 사용하고 있습니다. 싱킹 허츠는 지난해 마다가스카르에 첫 번째 시제품 학교를 완성했습니다. 올해에는 마다가스카르에 여러 개의 건물이 연결된 캠퍼스를 짓기 위해 "벌집" 디자인을 사용할 계획입니다.

 

마다가스카르에 세계 최초로 3D 프린터로 지어진 학교

 

3D 프린팅 건축 기술은 전통적인 주택 건축에 비하면 이제 갓 태어난 수준입니다. 하지만 올해에는 많은 프로젝트들이 주택 시장에 진입할 예정이어서 머지않아 3D 프린팅 건축 붐이 확산되는 것을 목격하게 될 것입니다. 더 빠르고, 더 저렴하게, 더 나은 세상을 만들고 싶다는 만하이머 CEO는 2027년 쯤 되면 전통 방식으로 지어지는 집보다 3D 프린팅으로 지어지는 집이 더 많아 질 것으로 확신하고 있습니다.

 

한편, 3D 프린팅 건축 기술은 우주에서도 사용될 예정입니다. NASA는 달에 도로, 발사대, 주택을 건설하는 올핌푸스 프로젝트를 위해 ICON과 5천7백만 달러의 계약을 체결하고 3D 프린팅 기술 개발을 의뢰했습니다.

 

NASA의 지원으로 달과 화성에서 사용될 건축 기술을 개발 중인 ICON사

 

나사에서 올핌푸스 프로젝트를 책임지고 있는 니키 워카이저 책임자는 "우주를 탐험하기 위해서는 우주 환경과 우리에게 필요한 요건을 충족할 수 있는 혁신적인 신기술이 필요하다”며, “ICON과 같은 협력사들과 함께 미래의 임무에 필요한 기술을 만들어낼 것”이라고 말했습니다.

 

달 기지를 건설하기 위해서는 달에 있는 물질을 이용해야 하는데, ICON에게 주어진 목표는 달에서 사용할 수 있는 대형 3D 프린터를 개발해 달로 옮기는 것이 목표입니다.

 

나사는 지난해 유인 달 탐사 프로그램인 아르테미스 프로젝트를 재개했습니다. 이 프로그램은 인간의 달 탐사를 장기적으로 계획하고 있으며, 이 인프라는 미래에 인간이 달에 거주할 수 있도록 설계되었습니다. 올림푸스 프로젝트는 이 아르테미스 프로젝트의 일부입니다.

 

발라드 사장은 “이 계약의 최종 결과물은 인류가 우주에 최초로 건설하는 기념비적인 건축물이 될 것”이라고 말했습니다.